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UNA VISTA GENERAL A LA TECNOLOGIA HPGR

RESUMEN

Klymowsky R. , Patzelt N. , Knecht J. , y Burchardt E.POLYSIUS AG, Neubeckum, Alemania

Introducidos por primera vez en 1977 por el Sr. Schnert, los Molinos de Rodillos de Alta Presin (HPGR)han evolucionado al punto en que hoy en da pueden ser considerados como una alternativa altamentecompetitiva en el diseo de circuitos de molienda. Muchos operadores pretenden obtener ahorros signifi-cativos de energa utilizando esta tecnologa. Muchos otros siguen teniendo preguntas sobre los HPGRs.Este artculo ofrece una breve introduccin a la tecnologa HPGR, comenzando con los principios bsicosy concentrndose posteriormente en las respuestas a las siguientes preguntas:

- Qu tipo de minerales son los ms adecuados para el tratamiento con HPGR?- Qu tipo de pruebas de laboratorio se requieren para el diseo?- Cules son los factores principales que nos llevarn a la seleccin de un circuito HPGR?- Cules son las configuraciones ms favorables de cada circuito?

Para no extendernos demasiado, los comentarios aqu estarn dirigidos exclusivamente a aplicacionescon minerales duros.

INTRODUCCIN

Desde hace 200 aos se han utilizado los rodillos para la molienda de minerales. Existen registros de suuso en Cornwall, en 1806. El HPGR naci de la observacin de que si se aplicaba suficiente presin auna cama de partculas, en lugar de a una sola capa, las ventajas que podran obtenerse seran importan-tes en trminos de capacidad, eficiencia en el consumo de energa y disminucin del desgaste. Una muy

buena descripcin de los primeros sistemas de rodillos utilizados en minerales, puede encontrarse enTaggart1.

PRINCIPIOS

Las caractersticas que distinguen a los HPGRs de los rodillos convencionales de trituracin son:1. Un sistema hidro-neumtico capaz de aplicar y mantener presiones de hasta 250 Mpa. (El valor de

compresin de la mayora de los minerales duros flucta entre 100-250 Mpa. Tambin los mineralescon mayor dureza pueden ser tratados con estos equipos.)

2. Una superficie de desgaste reemplazable que puede alcanzar una vida til de 4000 hasta 8000 horasen minerales duros y abrasivos.

3. Un sistema de alimentacin que mantiene la cmara de trituracin llena, lo cual es un requisito indis-pensable para la correcta operacin de los rodillos. (El principio bsico del HPGR es la molienda en-tre partculas que se logra cuando se aplica una presin constante a una cama de material formada

entre los rodillos, compactndola a una densidad relativa > 85%.)4. Un sistema motriz equipado con velocidad variable que se puede adaptar a los requerimientos de los

procesos posteriores o a cambios en las caractersticas del mineral. (Sera interesante notar que losHPGRs operan solamente a una fraccin de la velocidad de los molinos de rodillos convencionales,20 rpm vs > 60 rpm, an teniendo ngulos de friccin similares.)

Caractersticas del tamao del productoLos HPGRs producen ms finos que los molinos convencionales de rodillos, debido al efecto de molien-da entre partculas Figura 1, y adicionalmente logrando una micro-fracturacin importante. Los HPGRstambin logran ndices de reduccin mayores.


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Molienda entre partculas

fragmentos finos

micro-fisuras


fragmentos finos

micro- fracturas


fragmentos finos

micro-fisuras


fragmentos finos

micro- fracturas

Figura1. Mecanismo de Molienda entre Partculas.

Dada la presin continua aplicada en los HPGRs, la forma de la curva de distribucin de partculas obte-nida es diferente a la de las trituradoras de presin reciprocante, tales como las trituradoras de cono yquijadas, Figura 2. En el caso de estas ltimas, existe un desplazamiento paralelo en la distribucin detamao de partculas; el P80es normalmente igual al ajuste del lado cerrado, y el tamao mximo de 1.5 a2 veces el tamao de este ajuste. Esta distribucin de tamaos es frecuentemente representada comouna simple funcin de la trituracin.

En el caso de los HPGRs, la

distribucin del tamao es rela-tiva al tamao mximo de ali-mentacin, o a la abertura deoperacin (distancia entre rodi-llos), hasta el punto que inter-cepta al eje Y de 30 a 50% < 1mm, dependiendo del tipo demineral. La distribucin de par-tculas puede ser definida conla ecuacin de molienda deMenne 2.

Figura 2. Comparacin de distribucin de tamao de partculasentre un HPGR y una trituradora de cono.

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

0.01 0.1 1 10 100

Tamao de partculas [m]

Finura%p

asando[%]

HPGR bajo HPGR medio HPGR alta presin

Trituradora CSS 1 Trituradora CSS 2 Alimentacin trituradora

productos HPGR

Productos de

trituradora de cono

Material de

alimentacin

Mineral Cobre - Oro

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

0.01 0.1 1 10 100

Tamao de partculas [m]

Finura%p

asando[%]

HPGR bajo HPGR medio HPGR alta presin

Trituradora CSS 1 Trituradora CSS 2 Alimentacin trituradora

productos HPGR

Productos de

trituradora de cono

Material de

alimentacin

Mineral Cobre - Oro


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Alimentacin a los HPGRsUn tamao de alimentacin aceptable flucta linealmente con el dimetro. A groso modo, para rodillospequeos hasta 1.4 m de dimetro, el tamao mximo de alimentacin deber ser de 1 ; para rodillosde hasta 2 m de dimetro, el tamao mximo deber ser de 2; y para rodillos de 2.4 m, el tamao mxi-mo deber ser de 2 .

El tamao mximo de alimentacin ser determinado por la abertura de operacin deseada y la durezadel mineral. Para minerales duros, con UCS > 180 MPa, el tamao mximo no deber ser mayor a laabertura de operacin. Para minerales suaves, con UCS < 80 Mpa, el tamao mximo podr llegar a serhasta 1.5 veces la abertura de operacin. Para minerales intermedios, el tamao mximo no deberexceder 1.25 x la abertura de operacin. (Figura 3.)

Tamao mximo de alimentacin vs dimetro del rodillo

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

Dimetro del rodillo [ m ]

Tamaomximodealimentacin[mm

]

punto-m = 200 225 250


0

10

20

30

40

50

60

70

80

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5



]

punto-m = 200 225 250


0

10

20

30

40

50

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0.5 1.0 1.5 2.0 2.5



]

punto-m = 200 225 250


0

10

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0.5 1.0 1.5 2.0 2.5



]

punto-m = 200 225 250

Figura 3. Tamao de alimentacin vs dimetro de rodillos para diferentes puntos-m.

La abertura de operacin no es fija. Durante la operacin, esta distancia vara ligeramente mientras elrodillo flotante se ajusta automticamente a cambios en las caractersticas de la alimentacin por mediode movimientos hacia afuera o hacia adentro. Los anillos separadores integrados en los bloques de losrodamientos evitarn que los rodillos lleguen a estar en contacto.

Los factores que influyen en la abertura deoperacin son: las caractersticas de friccindel mineral, la humedad, la velocidad de losrodillos, el tipo de superficie y dimetro de losrodillos.

Figura 4. Capacidad vsproporcin de superficieautgena.

punto m = capacidad especfica

rea autgena

determinado por el factor de friccin-mineral - acero

factor de friccin interna determinado del mineral

rea autgena

capacidad



rea autgena



rea autgena

capacidad




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La abertura de operacin y la capacidad de la mquina dependen de la friccin entre la superficie de losrodillos y el mineral. A mayor friccin, mayor abertura de operacin. La friccin entre el acero y el mineralser menor que la friccin entre mineral y mineral. De tal manera que la capacidad de los rodillos podrser vista como proporcional al rea cubierta por una capa autgena. La formacin de esta capa juega unpapel menos importante, ya sea si la superficie de los rodillos es de insertos, de perfil de soldadura, o deranuras. Mientras ms grande sea la capa autgena, mayor ser la capacidad. Este hecho es especial-mente importante en aplicaciones con minerales con alto contenido de humedad y consiguientemente demenor capacidad. Para obtener la mayor capacidad, lo ideal sera una superficie con una capa autgenadel 100%.

s

s o

D

1/2 (s-so)

a ip ngulode compresin

so

Zona de compresin

pb densidad en masa

pc densidad de la

torta

a ip P mx

s

s o

D

1/2 (s-so)


so abertura de operacin

Zona de compresin

pbdensidad relativa

pc densidad de la

torta

a ip P mx

s

s o

D

1/2 (s-so)


so

Zona de compresin

pb densidad en masa

pc densidad de la

torta

a ip P mx

s

s o

D

1/2 (s-so)


so abertura de operacin

Zona de compresin

pbdensidad relativa

pc densidad de la

torta

a ip P mx

s

s o

FN

a ip ngulo de compresin

Zona de compresin

pb densidad en masa

pc densidad de latorta

aip

s

s o

FN


Zona de compresin

pbdensidad relativa


aip aip

ngulo de aplicacin de la fu

s

s o

FN


Zona de compresin

pb densidad en masa


aip aip

s

s o

FN


Zona de compresin

pbdensidad relativa


aip aip

ngulo de aplicacin de la fu

Figura 5. ngulo de friccin. Figura 6. ngulo de aplicacin de la fuerza,

La abertura de operacin esperada puede ser calculada con la ecuacin (1) asumiendo algunos datos de

la alimentacin. Para rodillos con insertos, el ngulo de friccin o compresin podr variar entre 9 y 10.La densidad de la torta ser de entre 85 y 88% de la gravedad especfica del mineral, y la densidad relati-va de la alimentacin, en caso de que sta sea al tope ser de entre 55 y 60%. Bajo estas condiciones,la abertura de operacin ser de 2.5 a 3% del dimetro de los rodillos.

So= Dx (1-Cos aip) (1)(pC/pB -1)

donde, So es la abertura de operacinaip es el ngulo de contactopC es la densidad de la tortapB es la densidad relativa

De tal manera que la abertura de operacin flucta linealmente con el dimetro, y la capacidad se rela-ciona directamente con la abertura y la velocidad de los rodillos.

M [t/h] = So x u x L x pC x 3600 (2)

donde, u es la velocidad tangencial de los rodillos

El ngulo de contacto o de compresin no se debe confundir con el ngulo de aplicacin de la fuerza elcual est relacionado con la potencia y presin aplicadas. Este ngulo tiene un valor de aproximadamen-te de la mitad del ngulo de friccin. Estos valores son totalmente independientes uno del otro.


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P [kW] = 2 x sin x u x F (3)

donde, P es la potencia neta total, en [kW]F es la fuerza de presin aplicada, en [kN]

Vale la pena notar que para una alimentacin intermitente, la densidad relativa, pB, ser menor y la aber-tura de operacin tambin ser ms pequea. Por lo tanto, la capacidad de la mquina ser menor.Tambin con una alimentacin intermitente el desgaste ser mayor por la ausencia de finos. Se puedecomprobar que a pesar de conseguir ndices de reduccin mayores y consumos de energa especficamenores, que es menos rentable operar estos equipos con alimentacin intermitente que con alimenta-cin continua.

A diferencia de las trituradoras convencionales, los HPGRs operan ms eficientemente con la presenciade finos.

Terminologa.Existen trminos especficos para los HPGRs con los que uno tiene que familiarizarse.

1. Fuerza de presin especfica, F(sp)

F(sp) = F / (1000 * L * D) [N/mm] (4)

L [m] : ancho de rodillosD [m] : dimetro de rodillos

La fuerza de presin especfica o fuerza de molienda es definida como la fuerza hidrulica total ejercitada

sobre los rodillos dividida por el rea proyectada de los rodillos en unidades de N/mm. Este mtodo puedeser til para comparar las presiones en los HPGRs de diferentes tamaos.

Debe tomarse en cuenta que la presin de molienda mxima en la abertura de operacin deber ser de entre40 y 60 veces la fuerza de molienda especfica aplicada, dependiendo del ngulo de friccin. Este tema estratado ms ampliamente en el manual del SME (2002) 3. Para aplicaciones en minerales ser suficientedefinir la presin aplicada como la fuerza de molienda especfica.

2. Capacidad especfica, o punto-m

m = M / (D * L * u) [ts/hm] (5)

M [tph] : capacidad

Nota: La capacidad especfica m se define con las unidades ts/hm, y corresponde a la capacidad de unHPGR con rodillos de 1 m de dimetro x 1 m de ancho operando a una velocidad tangencial de 1 m/s.

La capacidad especfica depender principalmente de las propiedades fsicas del mineral (p.ej. dureza,densidad del mineral, distribucin de partculas de la alimentacin y contenido de humedad); la presin demolienda y el tipo de superficie utilizada en los rodillos.

Sin embargo, la capacidad especfica depender nicamente hasta cierto punto del dimetro y de la veloci-dad de los rodillos y es por consiguiente til para la proyeccin de la capacidad de una unidad de prueba auna mquina de tamao industrial. Tanto los HPGRs (como los molinos de rodillos verticales) son nicos


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entre los equipos de molienda al tener un lmite en la capacidad especfica que puede ser determinado enfuncin de las caractersticas del mineral y de las condiciones de operacin.

3. La demanda de energa especfica, P(sp)

P(sp) = P / (D * L * u) [kWs/m] (6)

P [kW] : energa neta total

Este trmino es menos utilizado, pero puede ser muy til en la proyeccin de los requerimientos de po-tencia. La demanda de energa especfica P(sp)es la energa neta absorbida por el mineral dividida por lavelocidad y el rea proyectada de los rodillos en unidades de kWs/m. Es proporcional a la fuerza de molien-da especfica aplicada. La proporcin ser normalmente lineal, Figura 7.

Energa especfica vs fuerza de presin

0

100

200

300

400

500

600

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00

Specific press force, N/mm

Fuerzaespecfica,kWs/m

Mineral

suave

Mineral

duro

Energa especfica vs presin

0

100

200

300

400

500

600

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00

Presin, N/mm


Mineral

suave

Mineral

duro

Energa especfica vs fuerza de presin

0

100

200

300

400

500

600

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00

Specific press force, N/mm


Mineral

suave

Mineral

duro

Energa especfica vs presin

0

100

200

300

400

500

600

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00

Presin, N/mm


Mineral

suave

Mineral

duro

Figura 7. Energa especfica vs presin.

El consumo de energa especfica, en kWh/t, podr ser obtenido al dividir la demanda especfica de energa,P(sp), por la capacidad especfica, o punto-m. Ya que la presin especfica ejerce solamente un efecto limi-tado en la capacidad, el consumo de energa especfica es tambin una funcin lineal de la presin, Figura 8.

Rendimiento especfico y Energa especficavs Fuerza de presin especfica (Mineral duro)

0

50

100

150

200

250

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00

Fuerza de presin especfica, N/mm

Rendimiento

especfico,

ts/hm

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

Rendimitoespec.Energa

espec.

Capacidad especfica y Energavs Presin especfica (Mineral duro)

0

50

100

150

200

250

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00

Presin especfica, N/ mm

Caapcidades

pecfica

ts/hm

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

Capacidadespec.Energa

espec.

Rendimiento especfico y Energa especficavs Fuerza de presin especfica (Mineral duro)

0

50

100

150

200

250

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00


Rendimiento

especfico,

ts/hm

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

Rendimitoespec.Energa

espec.

Capacidad especfica y Energavs Presin especfica (Mineral duro)

0

50

100

150

200

250

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00

Presin especfica, N/ mm

Caapcidades

pecfica

ts/hm

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

Capacidadespec.Energa

espec.

Figura 8. Capacidad especfica y energa vs presin.


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Presin.La presin o presin especfica aplicada a los rodillos es el parmetro principal que ejerce una influenciasobre la finura del producto. Esta presin puede ser ajustada hidrulicamente y variar con la aberturade operacin. Sin embargo, existe un lmite en cuanto a la finura que puede ser obtenida incrementandola presin o a travs de pasadas mltiples. La presencia de finos en la alimentacin ejerce un efectoamortiguador en la fragmentacin, al prevenir que el mineral sea an ms comprimido. De tal manera quesi se requiere de un producto ms fino, los HPGRs debern ser operados en circuito cerrado con unequipo clasificador. El reciclado del producto de las orillas puede representar una alternativa al cribado.El sobre-tamao no ser eliminado en la recirculacin.

La experiencia nos ha demostrado que la mayor eficiencia en circuitos cerrados es normalmente obtenida

a presiones bajas, 2-3 N/mm. Esto representa una ventaja, ya que provoca una mayor vida til de losrodillos.

Finura del producto completo vs fuerza de presin

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50


Finuradelpr

oducto,%24,000 horas en minerales hmedos y abrasivos tales como hierro molido para pelletizado. Los factoresde utilizacin en promedio para los HPGRs fluctan entre el 87 y 92%; mientras que la disponibilidad hademostrado ser igual a la obtenida de un molino de bolas, entre el 95 y 97%.

Muy pronto tendremos resultados obtenidos de cuatro de los productores de cobre, oro y platino msgrandes del mundo. La suma de estas experiencias con la obtenida en minerales de hierro y diamantes,abrir todo una gama de oportunidades de estudio y explotacin.


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REFERENCIAS

1. A. F. Taggart, 1945, Rolls, pp. 4-55 4-77 in Handbook of Mineral Dressing, John Wiley & Sons,New York. 1915 pp.

2. Menne, D., 1983, A quick test procedure for determination of milling parameters, J. of South AfricanIMM, February, pp. 40-42.

3. Klymowsky, I.B., Patzelt, N., Burchardt, E. and Knecht, J., 2002, Selection & Sizing of High PressureGrinding Rolls, Vol. I, pp. 636-668, in Mineral Processing Plant Design, Practice and Control, Editedby Andrew L. Mular, Doug Halbe & Derek Barratt, SME-AIME, Littleton, CO, USA 2500 pp.

4. Klymowsky, I.B. and Liu, J., 1997, Towards the Development of a Work Index for the Roller Press,

Chapter 14, in Comminution Practices, Edited by S. K. Kawatra, SME, Littleton, CO, USA, 352 pp.

5. Patzelt, N., Klymowsky, I.B., Knecht, J., Burchardt, E., 2005. HPGRs for Hard Rock ApplicationsProceedings of the Randol Innovative Metallurgy Forum 2005, Perth

6. Bearman R., 2006, High Pressure Grinding Rolls Characterising and Defining Process Performancefor Engineers, pp. 3-14 in Advances in Comminution, Edited by S. K. Kawatra, SME, Littleton, CO,USA, 557 pp.

7. Morrell, S., Shi, F. and Tondo, L., 1997, Modelling and Scale-up of High Pressure Grinding Rolls inProceedings of the XX IMPC, Aachen, Vol. 2, 129-140.

8. Klymowsky, I.B. and Liu, J., 1997, Modelling of the comminution in a roller press in Proceedings of

the XX IMPC, Aachen, Vol. 2, 141-154.

9. Morley, C., 2006 Flowsheets for HPGR in Proceedings SAG 2006. Vancouver.

10. Seidel, J., Logan, T.C., LeVier K.M. and Veillette. G., 2006, Case Study - Investigation Of HPGRSuitability For Two Gold/Copper Prospects in Proceedings SAG 2006. Vancouver.

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